s’explique

tout s’explique
Visualiser la surface d’un matériau à l’échelle de l’atome, voire déplacer
certains d’entre eux ? C’est possible grâce au microscope à effet tunnel.
Le microscope à
effet tunnel
LE PRINCIPE | Le microscope à effet tunnel permet de cartographier atome par atome
la surface d’un matériau conducteur, ou semi-conducteur, au moyen d’un faible courant
électrique établi entre sa pointe ultrafine et la surface à étudier. Une tension électrique
plus forte lui permet de déplacer un atome.
LE FONCTIONNEMENT DU MICROSCOPE
1
La pointe du microscope est solidaire d’un
système de déplacement constitué de cylindres
de céramique dont la taille est commandée
par une tension (effet piézo-électrique).
Une tension d’environ 1 V est appliquée
entre la surface à étudier et la pointe.
À une hauteur de l’ordre du nanomètre,
la pointe capture les électrons de la surface
qui transitent grâce à l’effet tunnel.
Plus la distance est faible, plus le courant
est fort. Les céramiques piézo-électriques
maintiennent ce courant à une intensité
constante (1 nano-ampère).
2
Électrons du courant tunnel
Pointe
de métal
anode (+)
Tension
Tension
électrique
2
Électrons
tunnel
3
Surface
à étudier
1
12 | juin 2006
Les défis du cea - 115
L’EFFET TUNNEL
Pour qu’un ballon
franchisse le sommet d’une
colline, il faut l’envoyer avec
suffisamment d’énergie.
Faute de quoi, il retombera
toujours du même côté.
Un électron, même avec
une énergie insuffisante,
franchira la colline en…
passant à travers, comme
s’il empruntait un tunnel !
C’est un phénomène
de physique quantique
nommé « effet tunnel »,
qui concerne toute particule.
4
3
La trajectoire de
la pointe reproduit
le relief de la surface.
Un logiciel capable
de juxtaposer ces
trajectoires permet
de visualiser le
relief du matériau,
atome par atome.
4
Mouvement
de la pointe
Déplacement
de la pointe
© INFOGRAPHIE : IDÉ. TEXTE : F. GBALOU
Surface à étudier
AU CEA
Les laboratoires de recherche sur les matériaux, en particulier dans les domaines
de la microélectronique et des nanotechnologies, utilisent couramment des
microscopes à effet tunnel pour contrôler la surface de leurs créations. Lorsque
cette surface n’est pas conductrice, les chercheurs utilisent le microscope à force
atomique dont la pointe « gratte » ou « tapote » les molécules.
115 - Les défis du cea
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